一种多功能水力通风换热机

摘要

一种用于矿井下通风、换热、除尘的多功能水力通风换热机，包括斜击式水轮机、轴流扇风机、螺旋气液换热器、联动轴、进水管、进气口、机壳、防水网罩、排水管、出风口，利用水流冲击斜击式水轮机叶轮，通过联动轴带动轴流扇风机叶片高速旋转，产生风力，同时通过斜击式水轮机底部孔板的水流与进气口吸入的气流通过螺旋气液换热器产生对流换热，降低轴流扇风机的出风口温度，达到调节矿井下环境温度、空气湿度及除尘的功能，从而解决了矿井下通风、换热、除尘的问题，有效改善了矿井下作业人员、设备的工作环境，提高了矿井下作业人员的舒适度，保障了矿井下作业人员的身体健康，降低了矿井下设备的故障率，提高了矿山开采效率及安全性。本发明结构简单、加工制造容易、价格低廉，使用方便，适于工业化生产。

权利要求

1.一种多功能水力通风换热机，包括斜击式水轮机、轴流扇风机、螺旋气液换热器、联动轴、进水管、进气口、机壳、排水管、出风口，其特征在于：所述轴流扇风机、斜击式水轮机、螺旋气液换热器自上而下依次固定安装在所述联动轴上，所述进水管固定安装在所述机壳上部，所述进气口、排水管固定安装在所述机壳下部，通过所述进水管进入的水流冲击所述斜击式水轮机叶轮，通过所述联动轴驱动所述轴流扇风机叶片高速旋转，穿过所述斜击式水轮机底部孔板的水流与所述进气口吸入矿井下热气流通过所述螺旋气液换热器产生对流换热，换热后的冷却空气经过防水网罩通过所述轴流扇风机的所述出风口排出，换热后的水流经过所述排水管排出，经冷却后再循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种多功能水力通风换热机，其特征在于：在所述轴流扇风机与斜击式水轮机之间设有防水网罩。

3.根据权利要求1或2所述的一种多功能水力通风换热机，其特征在于：所述进水管为多个。

4.根据权利要求1或2所述的一种多功能水力通风换热机，其特征在于：所述螺旋气液换热器采用螺旋塔板结构。

5.根据权利要求3所述的一种多功能水力通风换热机，其特征在于：所述螺旋气液换热器采用螺旋塔板结构。

说明书

一种多功能水力通风换热机

技术领域

[0001] 本发明公开了一种通风换热机，特别是指一种多功能水力通风换热机；属于换热通风机械技术领域。

背景技术

[0002] 人体对热感的反应取决于所处环境温度与湿度。任何气温条件下，潮湿的空气对人体都是不利的，尤其是在相对封闭且炎热的气温环境中，相对湿度越大，人体越感到不适。当气温高于28℃，相对湿度大于80％时，因人体内的汗液不能迅速蒸发散热，人体会感到非常不舒服。若在闷热环境中连续作业，甚至还会出现憋闷烦躁、头晕乏力等症状。根据有关资料显示，我国目前大约有80多处矿井存在不同程度的高温热害问题。在井巷掘进期间，常规情况下可以采用局部通风的方法达到改善矿井下气候的目的，但这种方法仅对深度较浅、岩石温度较低的矿井具有明显降温效果。对于深度超过1000米、岩石温度高于35℃、巷道距离大于2000米的独头掘进工作面来说，局部通风的方法难以达到有效降温的目的。另一方面，在相对封闭的矿井下空间作业，活动区域内温湿度和粉尘浓度的控制，也是目前亟待解决的问题。由于上述问题的存在，一方面矿井下设备故障率高，矿山开采效率低。另一方面，矿井下作业人员的身体健康得不到保障，矿井下工作安全性较低。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提出一种用于矿井下通风、换热、除尘的多功能水力通风换热机，利用水流冲击斜击式水轮机叶轮，通过联动轴带动轴流扇风机叶片高速旋转，产生风力，同时通过斜击式水轮机底部孔板的水流与进气口吸入的气流通过螺旋气液换热器产生对流换热，降低轴流扇风机的出风口温度，达到调节矿井下环境温度、空气湿度及除尘的功能，从而解决了矿井下通风、换热、除尘的问题，有效改善了矿井下作业人员、设备的工作环境，提高了矿井下作业人员的舒适度，保障了矿井下作业人员的身体健康，降低了矿井下设备的故障率，提高了矿山开采效率及安全性。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种多功能水力通风换热机，包括斜击式水轮机、轴流扇风机、螺旋气液换热器、联动轴、进水管、进气口、机壳、防水网罩、排水管、出风口，所述轴流扇风机、防水网罩、斜击式水轮机、螺旋气液换热器自上而下依次固定安装在所述联动轴上，所述进水管固定安装在所述机壳上部，所述进气口、排水管固定安装在所述机壳下部，通过所述进水管进入的水流冲击所述斜击式水轮机叶轮，通过所述联动轴驱动所述轴流扇风机叶片高速旋转，穿过所述斜击式水轮机底部孔板的水流与所述进气口吸入矿井下热气流通过所述螺旋气液换热器产生对流换热，换热后的冷却气流经过所述防水网罩通过所述轴流扇风机的所述出风口排出。

[0005] 本发明由于采用上述结构，水流在水泵的压力下从斜击式水轮机的侧壁切线方向进入，在两路相向高压水流推动下，水轮机叶轮高速旋转并联动上方轴流扇风机叶片高速旋转，产生风力。斜击式水轮机受到高速水流冲击后，带动轴流扇风机叶片高速旋转，在轴流扇风机叶片的正反面会产生一个负压，将矿井下热气流从机壳底部进气口吸入。穿过所述斜击式水轮机底部孔板的3-10℃水流经螺旋气液换热器后，形成“水帘”向下流动，与上升的气流形成一个对流换热的过程，达到冷却热气流的目的，冷却后的气流经轴流扇风机的出风口排出，输送到指定地点。换热后的水流从排水管排出，经冷却后再循环利用。由于斜击式水轮机能够较好的适应小流量高水位的水利环境，流量变化对水轮机效率的影响也不敏感，且水轮机的转速只与布置的位置、水轮机的直径有关，从而可以保证水轮机转速的稳定。又因斜击式水轮机是立式布局设计，可以确保水流经水轮机后可以继续向下流动。一方面，该结构可以解决矿井下水压过高、冷冻水流垂直传输温度跃迁的问题，因取消了电机布置，减少了馈电线路，提高了安全性。另一方面，该结构可以有效降低空气对流运动阻力，减小空气通过换热层的压降，保障轴流扇风机供风风量。并且，气流在螺旋结构中旋转流动时，由于离心作用，其中的粉尘朝机壳筒壁运动，与气体分离，对矿井巷道含尘气流可以起到类似旋风除尘或者湿式除尘的作用。本发明结构简单、加工制造容易、价格低廉，使用方便，适于工业化生产。

附图说明

[0006] 附图1为本发明一多功能水力通风换热机的主视图。

[0007] 附图2为本发明一种多功能水力通风换热机的俯视图。

[0008] 附图3为螺旋气液换热器作用原理示意图。

[0009] 图中：1---斜击式水轮机、2---轴流扇风机、3---螺旋气液换热器、4---联动轴、5---进水管、6---进气口、7---机壳、8---防水网罩、9---排水管、10---出风口、11--水流、12--气流。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

[0011] 参见附图1，本发明一种多功能水力通风换热机，包括斜击式水轮机1、轴流扇风机2、螺旋气液换热器3、联动轴4、进水管5、进气口6、机壳7、防水网罩8、排水管9、出风口10，所述轴流扇风机2、防水网罩8、斜击式水轮机1、螺旋气液换热器3自上而下依次固定安装在所述联动轴4上，所述进水管5固定安装在所述机壳7上部，所述进气口6、排水管9固定安装在所述机壳7下部，通过所述进水管5进入的水流冲击所述斜击式水轮机1叶轮，通过所述联动轴4驱动所述轴流扇风机2叶片高速旋转，穿过所述斜击式水轮机1底部孔板的水流与所述进气口6吸入矿井下热气流通过所述螺旋气液换热器3产生对流换热，换热后的冷却空气经过所述防水网罩8通过所述轴流扇风机2的所述出风口10排出，换热后的水流经过所述排水管9排出，经冷却后再循环利用。

[0012] 实验室采用水泵型号为IS-65-50-125，扬程为20m，额定流量为25m3.h-1。水泵的-1出口流速约为3.54m.s ，出口水流动能相对太小，直接用水泵出水口的水流冲击斜击式水轮机则难以达到实验所需的条件。为提高水泵出水口的水流动能，将进水管直径分别改小为1.0cm、1.2cm，、1.5cm、2.0cm四种规格。

[0013] 利用水泵加压供水，分别按单进水管、双进水管，以及成对使用4种直径的进水管进行斜击式水轮机联动系统的性能实验。结果表明，流量不变的情况下，使用大口径进水管时，斜击式水轮机与轴流扇风机联动系统的转速随着进水管直径的减小而增大。在模拟水-1头为25m时，最低转速有665r.min 。同时，进水管数量的增加有益于联动系统转速的提高，-1
轴流扇风机出风口的风速在1.5-2.2m.s 之间。

[0014] 本发明的多功能水力通风换热机，适用于各种不同水头，以利用冷冻水的水能。水头过高时，可考虑双进水管进水以减轻供水管压力，在小水头的位置时，可将进水管直径减小，提高水流冲击速度；或使用小直径的斜击式水轮机，以提高斜击式水轮机与轴流扇风机联动系统的转速。

[0015] 为了提高换热效率，螺旋气液换热器采用螺旋塔板结构。